“鉆木取火”“擊石取火”……對火的使用是人類(lèi)文明發(fā)展的一座重要里程碑，彰顯著(zhù)人類(lèi)在惡劣環(huán)境中迸發(fā)出的生存智慧。燒火做飯、照明取暖，人類(lèi)用火焰點(diǎn)燃身邊最司空見(jiàn)慣的樹(shù)枝、秸稈等獲得熱能，支撐自己的生存和發(fā)展。在漫長(cháng)的古代社會(huì )，我們今天稱(chēng)為生物質(zhì)能的樹(shù)枝、秸稈等是人類(lèi)利用最早、最普遍、最重要的“古典”能源。
進(jìn)入近現代社會(huì )，隨著(zhù)對煤炭、石油、天然氣等化石能源的開(kāi)發(fā)和利用，人類(lèi)對生物質(zhì)能的依賴(lài)程度和使用比例大幅降低。然而，以化石能源大量消耗為特征之一的傳統工業(yè)化帶來(lái)日益嚴重的環(huán)境問(wèn)題，人類(lèi)努力開(kāi)發(fā)利用各種可再生能源，優(yōu)化、“綠化”能源結構。正是在這一背景下，作為“古典”能源，具有“綠色”“環(huán)境友好”“可再生”等特征的生物質(zhì)能，在現代科技的推動(dòng)下重新煥發(fā)出勃勃的生機。新中國成立以來(lái)，特別是改革開(kāi)放40年來(lái)，中國在生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域取得了豐碩成果。今天，在中國的能源結構中，生物質(zhì)能正以平穩快速發(fā)展的勢頭行進(jìn)在復興的道路上。
①總量豐富的綠色可再生能源
生物質(zhì)有廣義和狹義之分，廣義上的生物質(zhì)是指利用大氣、水、土地等通過(guò)光合作用而產(chǎn)生的各種有機體，即一切有生命的可以生長(cháng)的有機物質(zhì)通稱(chēng)為生物質(zhì)，包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動(dòng)物及其生產(chǎn)的廢棄物。有代表性的生物質(zhì)如農作物、農作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動(dòng)物糞便。
狹義上的生物質(zhì)主要是指農林業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中除糧食、果實(shí)以外的秸稈、樹(shù)木等木質(zhì)纖維素、農產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農林廢棄物及畜牧業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的禽畜糞便和廢棄物等物質(zhì)。
以生物質(zhì)為載體、由生物質(zhì)產(chǎn)生的能量便是生物質(zhì)能。生物質(zhì)能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，直接或間接來(lái)源于植物的光合作用。
據估算，地球上的植物進(jìn)行光合作用所消費的能量占太陽(yáng)照射到地球總輻射量的0.2%，比例雖然很低，但絕對值驚人，可以說(shuō)生物質(zhì)能是人類(lèi)取之不盡用之不竭的能源寶庫。其主要來(lái)源包括薪柴、牲畜糞便、制糖作物、城市垃圾和污水、水生植物等。
生物質(zhì)能具有三大特征。一是可再生性。由于可以通過(guò)植物的光合作用而形成，生物質(zhì)能與風(fēng)能、太陽(yáng)能等一樣是可再生能源，源源不斷生產(chǎn)，保障永續利用。二是綠色環(huán)保。一方面，由于生物質(zhì)中硫含量、氮含量很低，燃燒過(guò)程中基本不會(huì )造成有害氣體;另一方面，生物質(zhì)燃燒排放釋放的二氧化碳的量與其生長(cháng)需要的二氧化碳相當，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，不會(huì )加劇溫室效應。三是分布廣泛、總量豐富。根據生物學(xué)家的估算，陸地每年生產(chǎn)1000億一1250億噸生物質(zhì);海洋年生產(chǎn)500億噸生物質(zhì)。生物質(zhì)能源的年生產(chǎn)量遠遠超過(guò)全世界年能源需求總量。
②沼氣大規模推廣助力美麗鄉村建設
“沼氣”是生物質(zhì)能的典型代表。農業(yè)農村部規劃設計研究院工程師王飛介紹說(shuō)，沼氣作為一種方便、清潔、高品位的生物質(zhì)能，是秸稈、糞便、生活污水等有機物質(zhì)在一定水分、溫度和厭氧條件下，經(jīng)微生物發(fā)酵產(chǎn)生的可燃氣體。由于其原料豐富、技術(shù)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、環(huán)境友好的特點(diǎn)而受到國家的高度重視。
中國農村戶(hù)用沼氣的大規模建設開(kāi)始于20世紀50年代末期。1979年，國務(wù)院批轉農業(yè)部等部門(mén)《關(guān)于當前農村沼氣建設中幾個(gè)問(wèn)題的報告》，促進(jìn)了農村沼氣建設，并在20世紀80年代初期出現了一波建設高潮。此后，到本世紀初，農村沼氣建設平穩發(fā)展。2000年底，全國農村沼氣近850萬(wàn)戶(hù)。2003-2015年，在中央投資帶動(dòng)下，農村沼氣發(fā)展進(jìn)入了快速發(fā)展新階段。截至2015年底，全國戶(hù)用沼氣近4200萬(wàn)戶(hù)，受益人口達2億。
沼氣的大發(fā)展為新農村建設帶來(lái)了深遠影響，具體來(lái)說(shuō)，包括3個(gè)方面。
一是增強了農村能源安全保障能力。農村沼氣歷史性地解決了2億多人口炊事用能質(zhì)量提升問(wèn)題，促進(jìn)了農村家庭用能清潔化、便捷化。規?；託夤こ淘跒橹苓呣r戶(hù)供氣的同時(shí)，也滿(mǎn)足了養殖場(chǎng)內部的用氣、用熱、用電等清潔用能需求。2015年，全國沼氣年生產(chǎn)能力達到158億立方米，約為全國天然氣消費量的5%，每年可替代化石能源約1100萬(wàn)噸標準煤，對優(yōu)化國家能源結構、增強國家能源安全保障能力發(fā)揮了積極作用。
二是推動(dòng)了農業(yè)發(fā)展方式轉變。農村沼氣上聯(lián)養殖業(yè)，下促種植業(yè)，是促進(jìn)生態(tài)循環(huán)農業(yè)發(fā)展的重要舉措，不僅有效防止和減輕了畜禽糞便排放和化肥農藥過(guò)量施用造成的面源污染，而且對提高農產(chǎn)品質(zhì)量安全水平，促進(jìn)綠色和有機農產(chǎn)品生產(chǎn)，實(shí)現農業(yè)節本增效，轉變農業(yè)發(fā)展方式發(fā)揮了重要作用。據測算，農村沼氣年可生產(chǎn)沼肥7100萬(wàn)噸，按氮素折算可減施310萬(wàn)噸化肥，每年可為農民增收節支近500億元。
三是促進(jìn)了農村生態(tài)文明發(fā)展。農村沼氣實(shí)現了畜禽養殖糞便、秸稈、有機垃圾等農業(yè)農村有機廢棄物的無(wú)害化處理、資源化利用，緩解了困擾農村環(huán)境的“臟亂差”問(wèn)題。對實(shí)現農村家園、田園、水源清潔，建設美麗宜居鄉村、發(fā)展農村生態(tài)文明起到了積極作用。
在沼氣建設實(shí)踐中，中國科學(xué)家和工程技術(shù)人員進(jìn)行了一系列創(chuàng )新，開(kāi)發(fā)出適應北方地區、南方地區和西北地區的沼氣技術(shù)模式:整合沼氣池、畜禽舍、廁所、日光溫室，組成能源生態(tài)綜合利用體系的“四位一體”模式;整合沼氣池、豬舍、廁所，構成的能源生態(tài)“三位一體”模式;由沼氣池、果園、暖圈、衛生廁所、蓄水窖構成的能源生態(tài)“五配套”模式。此外，在相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)方面，“寒冷地區干濕耦合厭氧發(fā)酵技術(shù)”“分布式新農村資源化技術(shù)”“原生態(tài)高活性沼氣菌種研制技術(shù)”等取得突破，為沼氣建設推廣奠定了基礎。
值得一提的是，中國沼氣技術(shù)走出國門(mén)，建成了突尼斯養雞場(chǎng)沼氣發(fā)電示范工程、坦桑尼亞劍麻廢棄物沼氣發(fā)電工程、朝鮮國家科學(xué)院恩情養殖場(chǎng)沼氣示范工程、摩爾多瓦沼氣示范項目等，為國際生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用和節能減排作出了積極貢獻。
③發(fā)電量有望提前完成“十三五”目標
2016年末，總投資約36億元的“上海老港再生能源利用中心二期工程”項目舉行開(kāi)工儀式。這場(chǎng)看似平常的開(kāi)工儀式其實(shí)是中國生物質(zhì)能利用領(lǐng)域中的一件大事，因為該項目于2019年完工投產(chǎn)后，將使上海老港再生能源利用中心總焚燒處理生活垃圾能力提升至300萬(wàn)噸/年，年發(fā)電能力將達到9億千瓦時(shí)，居世界同類(lèi)電廠(chǎng)之首。
伴隨城市化進(jìn)程，中國大小城市產(chǎn)生的生活垃圾越來(lái)越多，而在對其進(jìn)行分類(lèi)回收利用的基礎上，對其中的各類(lèi)有機可燃物也就是生物質(zhì)進(jìn)行焚燒發(fā)電，做到物盡其用，是很多國家通行的做法。近年來(lái)，中國在城市生活垃圾處理中，在堅持資源回收、循環(huán)利用的同時(shí)，把焚燒發(fā)電作為其無(wú)害化處理和電能生產(chǎn)的一種重要方式，投產(chǎn)了一批生物質(zhì)能發(fā)電廠(chǎng)。據大連理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授李?lèi)?ài)民介紹，上世紀80年代后期，中國第一座工業(yè)化垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)在深圳市建成投產(chǎn)，日處理城市生活垃圾300噸，裝機容量3000千瓦。2000年，以國產(chǎn)設備為主的珠海垃圾發(fā)電廠(chǎng)建成，日處理垃圾600噸，裝機容量6000千瓦。之后在上海、北京、重慶等地建設了一批城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)。
在廣大農村地區，玉米、小麥、水稻、高粱等脫粒后的秸稈等生物質(zhì)是發(fā)電的理想原料。有關(guān)數據顯示，全國農作物秸稈年產(chǎn)量約為7億噸左右，每年可作為能源加以利用的秸稈總量達3.76億噸。近年來(lái)，在相關(guān)政策支持下，一些秸稈發(fā)電項目陸續建設。2006年12月，總投資約3億元的山東單縣生物質(zhì)發(fā)電項目正式投產(chǎn)發(fā)電，這是中國第一個(gè)竣工投產(chǎn)的國家級生物質(zhì)直燃發(fā)電示范項目，其裝機容量為2.5萬(wàn)千瓦。該電廠(chǎng)所需燃料以破碎后的棉花秸稈為主，可摻燒部分樹(shù)枝、桑條、果枝等林業(yè)廢棄物。每年可消耗農林廢棄物15萬(wàn)噸-20萬(wàn)噸，發(fā)電量約1.6億千瓦時(shí)。此后，在全國陸續建設了一批秸稈燃燒發(fā)電廠(chǎng)，以至局部地區出現秸稈燃料供不應求的局面。
根據今年初國家能源局新聞發(fā)布會(huì )上的信息，2017年，中國生物質(zhì)發(fā)電794億千瓦時(shí)，同比增長(cháng)22.7%;生物質(zhì)發(fā)電新增裝機274萬(wàn)千瓦，同比增長(cháng)22.6%。截至2017年底，生物質(zhì)發(fā)電裝機1488萬(wàn)千瓦?！渡镔|(zhì)能“十三五”規劃》提出的各項指標有望提前完成。
④為綠色出行提供可再生能源新選擇
2017年11月1日，中石化上海奉賢莊行加油站和中石化浦東機場(chǎng)緯三加油站開(kāi)始提供一類(lèi)新的油品:B5生物柴油。它是由俗稱(chēng)的“地溝油”加工而成的生物柴油與石油柴油按照一定比例混合而成。此前，上海的公交車(chē)和環(huán)衛車(chē)已經(jīng)使用B5生物柴油。實(shí)踐證明，車(chē)輛在使用這種生物柴油之后，不僅發(fā)動(dòng)機運行正常，而且重金屬以及細顆粒物等污染氣體排放降低了10%以上，氮氧化物凈化效率達80%以上，此外，其銷(xiāo)售價(jià)格比傳統柴油低5%，這種油品也因此受到很多消費者歡迎。中石化相應加大了該油品的市場(chǎng)供應。根據中石化上海分公司擬定的相關(guān)方案，至2019年底，B5車(chē)用柴油銷(xiāo)售網(wǎng)點(diǎn)將力爭達到200座，市場(chǎng)供應能力達到每年40萬(wàn)噸。
生物柴油是動(dòng)植物油脂與醇經(jīng)酯交換反應得到的，與傳統的石化能源相比，其硫等含量較低，具有良好的潤滑性。中國生產(chǎn)生物柴油的主要原料與國際上有所不同，國際上主要是從油菜、大豆、棕櫚等農作物上獲取，中國則以“地溝油”為原料。
與生物柴油獲取類(lèi)似，生物航空煤油也是以動(dòng)植物油脂為原料，經(jīng)過(guò)加氫技術(shù)和催化等獲取的，并且在中國已經(jīng)投入使用。2013年4月，一架東航客機加注了國產(chǎn)生物航油試飛成功，中國由此成為世界上第四個(gè)掌握生物航油技術(shù)的國家。2017年11月，一架海南航空航班加注了國產(chǎn)生物航油，完成了跨洋商業(yè)載客飛行，標志著(zhù)中國生物航油自主研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟。
近年來(lái)，中國在生物液體燃料方面取得的一大發(fā)展就是生物燃料乙醇的大規模生產(chǎn)與應用。生物燃料乙醇是優(yōu)良的燃料，其主要生產(chǎn)原料是高粱、玉米、木薯、海藻等，是可再生能源。
中國生物燃料乙醇發(fā)展迅速。2001年，國家五部委頒布《陳化糧處理若干規定》，規定陳化糧主要用于生產(chǎn)乙醇、飼料等，并批準建立4家乙醇企業(yè)。之后，年產(chǎn)60萬(wàn)噸和年產(chǎn)30萬(wàn)噸生物燃料乙醇項目分別在吉林和河南開(kāi)工建設。隨后，車(chē)用乙醇汽油的試用工作在一些地方展開(kāi)。據中國經(jīng)濟網(wǎng)報道，2015年，中國成為繼美國、巴西之后的第三大燃料乙醇生產(chǎn)國和消費國。2017年，生物燃料乙醇產(chǎn)量達到260萬(wàn)噸。根據《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規劃》，到2020年，生物燃料乙醇年產(chǎn)將達到400萬(wàn)噸。2017年9月下發(fā)的《關(guān)于擴大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車(chē)用乙醇汽油的實(shí)施方案》明確提出，到2020年，在全國范圍內推廣使用車(chē)用乙醇汽油，基本實(shí)現全覆蓋。這就意味著(zhù)中國的生物燃料乙醇正迎來(lái)跨越式發(fā)展機遇。
